高運(yùn)奎，李召華

（空軍第一航空學(xué)院，河南 信陽 464000）

0 引言

熱處理實(shí)習(xí)是機(jī)械類相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是熱處理專業(yè)的核心課程。在工科教學(xué)中有著舉足輕重的作用。熱處理實(shí)驗(yàn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)科目，除了硬度計(jì)使用的實(shí)驗(yàn)比較節(jié)約時(shí)間外，其余的實(shí)驗(yàn)科目都要經(jīng)過長時(shí)間的加熱、冷卻過程，對(duì)時(shí)間和能源的消耗都是非常巨大的。采用建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的方法，可以有效解決熱處理實(shí)驗(yàn)等待時(shí)間過長、耗費(fèi)能源較多的問題，虛擬實(shí)驗(yàn)室即可作為主要實(shí)習(xí)手段，也可作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的輔助手段進(jìn)行應(yīng)用，同時(shí)也可以作為學(xué)生自學(xué)的有效工具。

1 概述

1.1 虛擬實(shí)驗(yàn)室

虛擬實(shí)驗(yàn)室VL（Virtual Laboratory）也稱為合作實(shí)驗(yàn)室，最早由美國弗吉尼亞大學(xué)的William·Wolf 教授在1989年提出[1]。最初的虛擬實(shí)驗(yàn)室的概念是基于網(wǎng)絡(luò)的一種可彼此共享數(shù)據(jù)和儀器、交流思想和遠(yuǎn)程協(xié)作的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)?，F(xiàn)在意義上的虛擬實(shí)驗(yàn)室，統(tǒng)指以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，以各種開發(fā)工具為依托，能夠?qū)崿F(xiàn)交互功能的系統(tǒng)。虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具有經(jīng)濟(jì)性、安全性、共享性、開發(fā)性等特點(diǎn)，在科研、教學(xué)、商業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。用于虛擬實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的工具很多，包括VRML、3DMAX、Quicktime VR、MAYA、Java 和Flash 等。 本文利用VB 和Flash 相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)熱處理虛擬實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)。

1.2 VB 技術(shù)

VB[2]（Visual Basic）是一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，可用于開發(fā)Windows 環(huán)境下的各類應(yīng)用程序。它簡單易學(xué)、效率高，且功能強(qiáng)大可以與 Windows 專業(yè)開發(fā)工具SDK 相媲美。在Visual Basic 環(huán)境下，利用事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制、新穎易用的可視化設(shè)計(jì)工具，使用Windows 內(nèi)部的廣泛應(yīng)用程序接口（API）函數(shù)，動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）、對(duì)象的鏈接與嵌入（OLE）、開放式數(shù)據(jù)連接（ODBC）等技術(shù)，可以高效、快速地開發(fā)Windows 環(huán)境下功能強(qiáng)大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。

1.3 Flash 技術(shù)

Flash[3]是交互式矢量圖和Web 動(dòng)畫的標(biāo)準(zhǔn)，2005年Adobe 耗資34 億美元并購Macromedia。Flash 中， 嵌入的遵循ECMAScript 標(biāo)準(zhǔn)面向?qū)ο蟮腁ctionscript，使得flash 能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的交互行為。它通過幀、層、元件、影片剪輯、場(chǎng)景等一系列組合，集成圖形、聲音、動(dòng)畫、影像文件等各種多媒體素材，制作出交互性強(qiáng)、文件體積小、易于在網(wǎng)絡(luò)上傳播的動(dòng)畫作品。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

熱處理虛擬實(shí)驗(yàn)室的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是搭建一個(gè)基計(jì)算機(jī)的虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用，將實(shí)驗(yàn)資源在計(jì)算機(jī)上虛擬化。學(xué)生可以利用計(jì)算機(jī)，在此平臺(tái)上自主選擇需要進(jìn)行的熱處理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

在教學(xué)設(shè)計(jì)方面，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用方法，通過實(shí)踐環(huán)節(jié)，加深對(duì)理論的認(rèn)識(shí)與理解，增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力，夯實(shí)學(xué)生的操作技能，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力與實(shí)踐操作能力，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)習(xí)效率。

2.2 開發(fā)環(huán)境

本虛擬實(shí)驗(yàn)室是基于VB的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，硬件設(shè)備包括作為客戶端的一臺(tái)普通PC 機(jī)和一臺(tái)服務(wù)器?？紤]到今后虛擬實(shí)驗(yàn)室功能的擴(kuò)充，采用了模塊式開發(fā)方法，虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)具備教師及學(xué)生的注冊(cè)、登錄功能，此外，平臺(tái)還具有評(píng)分、記錄實(shí)驗(yàn)成績，查看、修改成績等功能。

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)，綜合運(yùn)用了VB 技術(shù)、Flash 技術(shù)、Web 技術(shù)、平面技術(shù)、三維建模技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)。使用了多種開發(fā)工具，如VB、Flash、Photoshop、SQL Server 2000、CATIA 等。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

虛擬實(shí)驗(yàn)室依據(jù) “金屬材料及熱處里”課程實(shí)驗(yàn)的要求進(jìn)行開發(fā)，分為登錄、演示、實(shí)驗(yàn)三大模塊。虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共包括硬度計(jì)使用、退火、正火、淬火和回火五大部分。其中，退火、正火、淬火和回火可選擇不同的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在演示模塊，按照實(shí)驗(yàn)步驟提示學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)；在實(shí)驗(yàn)?zāi)K由學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)，如果實(shí)驗(yàn)步驟出錯(cuò)，將提示錯(cuò)誤信息，并扣除部分實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)，實(shí)驗(yàn)完成后，系統(tǒng)自動(dòng)給出實(shí)驗(yàn)成績。如圖1所示。

圖1 熱處理虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of virtual heat treatment laboratory

3 開發(fā)過程

3.1 登陸模塊設(shè)計(jì)

進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室，需要先登錄，通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)核實(shí)身份后，才能登陸到虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)。用戶登錄界面如圖2所示。首先要選擇用戶身份，可分為教師和學(xué)生兩種不同的身份進(jìn)行登陸。以教師身份登陸后，可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行管理，比如分配用戶名和原始密碼等。用戶登陸后，可對(duì)初始密碼等個(gè)人信息進(jìn)行更改。此外，還增加了用戶注冊(cè)功能，可供非系統(tǒng)用戶進(jìn)入系統(tǒng)。

圖2 用戶登陸界面Fig.2 The interface for user login

3.2 演示模塊設(shè)計(jì)

演示模塊在虛擬實(shí)驗(yàn)室中扮演 “教師”的角色，通過電腦提示學(xué)生操作，起到電腦自主教學(xué)的作用，學(xué)生根據(jù)電腦提示完成實(shí)驗(yàn)操作。首先利用Flash 軟件，采用逐幀動(dòng)畫的方式完成單個(gè)實(shí)驗(yàn)的制作，利用VB 中的Shockwave Flash 控件，將Flash 文件嵌入VB 中， 在VB通過下拉式菜單實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)科目的管理，如圖3所示。

3.3 實(shí)驗(yàn)?zāi)K設(shè)計(jì)

在實(shí)驗(yàn)?zāi)K通過下拉式菜單來管理實(shí)驗(yàn)科目。如圖4所示。每個(gè)實(shí)驗(yàn)科目都分為設(shè)備選擇、材料選擇、操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告四個(gè)欄目，設(shè)備和材料的選擇通過列表框?qū)崿F(xiàn)，如圖5所示。在實(shí)驗(yàn)操作欄目，每一步的操作都利用Flash 來實(shí)現(xiàn)，如果出錯(cuò)Flash 將自動(dòng)關(guān)閉，通過判斷Flash 插件是否關(guān)閉，來判斷操作是否正確；如果插件關(guān)閉則提示錯(cuò)誤信息和扣分情況，如果操作正確則繼續(xù)下一步，操作到最后一步，提示已完成操作。完成操作后，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)報(bào)告欄目，填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并點(diǎn)擊提交，實(shí)驗(yàn)報(bào)告將自動(dòng)提交給服務(wù)器和本機(jī)指定目錄。

圖3 演示模塊示意圖Fig.3 The sketch map of demo module

圖4 實(shí)驗(yàn)?zāi)K示意圖Fig.4 The sketch map of experiment module

圖5 實(shí)驗(yàn)科目示意圖Fig.5 The sketch map of experiment subject

4 結(jié)束語

本文利用VB和Flash完成了熱處理虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)，為金屬材料及熱處理課程的教學(xué)提供了直觀、便捷和安全的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，避免了傳統(tǒng)教學(xué)耗時(shí)長、耗能大的問題，同時(shí)豐富了現(xiàn)有教學(xué)手段，為利用信息手段開展熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)摸索了新思路。

[1]徐志鵬，王婷，王光艷.Flash技術(shù)在熱力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用[J].中國電力教育，2010，7.

[2]羅朝盛，等.Visual Basic 6.0程序設(shè)計(jì)教程（第二版）[M].北京：人民郵電出版社，2005.

[3]賀曉霞，方寧，等.ActionScript3.0編程特效實(shí)戰(zhàn)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.